Контрол на изолацията в инсталации ниско напрежение

ПОДОБНИ СТАТИИ

ETI Elektroelement, Евгени Станчев: ETI засилва позициите си на местния пазар

Контрол на изолацията в инсталации ниско напрежение - част II

Семинар разгледа дефектнотокови защити

Качеството на изолацията, чийто основен количествен показател е изолационното съпротивление, е от особена важност за електрическите инсталации. Става дума както за изолацията на проводниците, така и на свързаните към тях консуматори, генератори, трансформатори и апарати. Недостатъчното изолационно съпротивление има сериозни последствия като:

• компрометиране на конструктивните мерки срещу директен и индиректен допир;
• земно / корпусно съединение с протичане на голям ток в уредби със заземен звезден център, водещи до изключване от защита, респективно загуба на захранване; независимо от действието на защитата големите токове водят до ускорено стареене и повреди на определени категории оборудване;
• грешно сработване на вериги за управление и чувствителна апаратура, от което, в зависимост от приложението, могат да произтекат тежки аварии, загуба на захранване, загуба на продукция и застрашаване живота на хора;
• възникване на пожари от локално прегряване в мястото на нарушената изолация.

Нормално изолацията на една новоизградена инсталация е много добра, но се влошава с течение на времето – като цяло и локално. Основни фактори за това са:
• стареене на изолационните материали на кабели и електрически консуматори; изброените по-нататък фактори ускоряват този процес, а в зависимост от интензивността си могат да предизвикат и незабавни повреди на изолацията;
• атмосферни и комутационни пренапрежения;
• отклонения на честотата, изкривяване формата на синусоидата;
• прегряване в резултат от претоварване;
• въздействия на околната среда – прегряване, UV радиация, замърсяване, влага, химично въздействие;
• механични въздействия по време на монтаж, поддръжка и в нормален работен режим;
• корени на дървета, гризачи.

В редица случаи процесът е постепенен или пък характерът на инсталацията е такъв, че някои повреди остават неоткрити. Типични примери са първо земно съединение в системи с изолирана неутрала или земно съединение на неутралния проводник в системи със заземена неутрала тип TN-S. Поради това се прилагат специални мерки за откриване на повредите, преди да се достигне до някое от изброените последствия.

Най-общо съществуват два вида контрол на изолацията:
• Еднократни периодични тестове при изключени уредби. Извършват се при пусково-приемни изпитания, след основни ремонти и периодично. Включват измерване на изолационното съпротивление с мегаомметър и изпитания с повишено напрежение.
• Постоянен контрол по време на работа на инсталацията.

Периодичните изпитания показват само моментното състояние на елементите на инсталацията, като основното им предназначение е да удостоверят качеството на оборудването (наред със заводските изпитания) и правилния монтаж. Постоянният контрол е мярката, която може ефективно да предотврати опасните последствия от нарушаването на изолацията, а в идеалния случай, както ще стане дума по-нататък - това да стане без аварийно изключване и с минимални загуби от липса на захранване.

Методи за контрол на изолацията в зависимост от системата на заземяване на неутралата
Трите вида системи за заземяване на неутралата в уредби ниско напрежение – TN (с трите си разновидности TN-C, TN-S и TN-CS), TT и IT имат своите особености, които правят всяка една от тях по-подходяща за едни приложения и по-неподходяща за други.

При правилно изпълнение и трите системи се считат за еднакво безопасни по отношение на директен и индиректен допир. Количествените показатели за това са стойността на допирното напрежение и времето за изключване на земно/ корпусно съединение.

Система TN-C
Предимствата на тази система са, че тя има най-ниска цена за изграждане и не изисква специална поддръжка.
Контролът на изолацията при тази система може да се осъществява само от защитите на линиите (стопяеми предпазители или автоматични прекъсвачи). Те следва да са избрани така, че да осигуряват бързо изключване при съединение фаза-нула в края на линията.

Оттук произтичат два съществени недостатъка на тази система:
• при вече прекъснат проводник PEN, което няма как да бъде контролирано от токовите защити, последващо корпусно съединение няма да се изключи от защита, което води до опасност от допирно напрежение;
• защитата не реагира на частични утечки на изолацията с малък ток, но те предизвикват локално прегряване, което представлява съществен риск от пожар.
Друг недостатък на тази система е високото ниво на електромагнитни смущения. Поради всички тези недостатъци система TN-C на практика излиза от употреба.

Система TN-S
В сравнение със система TN-C инвестиционните разходи са увеличени, но тази система позволява използването на дефектнотокови защити (RCD - Residual Current Device). Принципът на действие на дефектнотоковите защити е сравняване на тока на небаланс във фазните и неутралния проводник посредством токов трансформатор за нулева последователност и чувствителен токов елемент.

Евентуален регистриран небаланс е признак за ток на утечка на изолацията. Дефектнотоковите защити действат на изключване на защитния прекъсвач, към който те в повечето случаи са вградени или механично куплирани.

Съгласно действащите стандарти ток на задействане 30 mA е приет като праг, обезпечаващ сигурна защита от индиректен допир. При това, при наличие на дефектнотокова защита, чувствителността на токовата защита на линиите при земно корпусно съединение вече не е от съществено значение. Като защита от пожар могат да се използват и дефектнотокови защити с по-висок праг на задействане (до 300 mA), които обикновено се разполагат на по-високите нива от една уредба, като служат за резервиране на по-чувствителните долустоящи защити.

Ограничение при прилагането на дефектнотокови защити са естествените утечки към земя на консуматорите и най-вече на електронните устройства, които съдържат филтриращи кондензатори, когато защитаваната част от инсталацията е еднофазна. При защита с една трифазна дефектнотокова защита на балансирана част от мрежата, капацитетите, свързани към трите фази, се балансират взаимно.

Доколкото действат на изключване, въпреки че представляват ефективна защита от повреди на изолацията, дефектнотоковите защити не са устройства за постоянен контрол на изолацията в тесния смисъл на думата.

Система TN-C-S
Комбинираната система може да осигури доброто ниво на защита на система TN-S срещу пожар и индиректен допир на нивото на крайните консуматори в съчетание с по-ниската цена на система TN-C на нивото на разпределителните уредби, където по принцип рисковете от повреда на изолацията са значително по-малки. Електромагнитната съвместимост обаче е ниска, на нивото на система TN-C.

Система TT
Тази система носи своите предимства в някои случаи като промишлени предприятия, обхващащи големи площи, при чести промени в конфигурацията на разпределителните уредби и разширения, при употреба на подвижни машини и инструменти. Тази система изисква големи, добре развити и поддържани заземителни уредби.
За да се получи ефективна защита срещу индиректен допир при повреда на изолацията, използването на дефектнотокови защити в система TT е задължително.

Система IT
И при система TN, и при система TT са налице големи токове на земно съединение, които изискват автоматично изключване на повредения участък.
Големината на тока на земно съединение в система IT зависи от капацитетите на инсталацията към земя и съпротивлението на заземяване на звездния център. На фигура 1 са показани контурите, по които протичат двете съставки на тока на повреда IП – токът през капацитетите на мрежата IC и токът през заземителното съпротивление на звездния център IN.

Капацитетите към земя съдържат две съставки:
• естествени капацитети на кабелите (или въздушните линии) - зависят от типа и сечението им и от тяхната обща дължина за цялата инсталация; нормално сумарният капацитет варира от няколко десети до няколко десетки uF;
• филтърни кондензатори на електронни устройства - например един компютър добавя около 30 nF, а един преобразувател за честотно управление на двигател - около 70 nF.
Съпротивлението на заземяване на звездния център в система IT може да бъде безкрайност (напълно изолирана неутрала) или 1-2 kW (неутрала, заземена през голямо активно съпротивление).

Значението на това съпротивление е за намаляване на пренапреженията в резултат от външни въздействия. Посочената стойност е достатъчно малка, за да оказва незначително влияние върху големината на тока на земно съединение. Ако приемем, че една инсталация 400/230 V има сумарен капацитет на трите фази 5 uF (средноголяма уредба), съпротивлението на заземителната уредба RЗ е 10 W, а съпротивлението на заземяване на звездния център е 1 kW, то токът на метално корпусно съединение ще бъде само около 0.43 А. При напълно изолиран звезден център токът ще бъде 0.36 А.

Малкият ток на повреда позволява работата да продължи при поява на първото земно съединение, в което се състои основното предимство на тази система, когато става въпрос за:
• медицински заведения, където изключването на захранването представлява риск за човешки живот;
• непрекъсваеми производства с големи щети от загуба на захранване; отнася се както за силовите вериги, така и за веригите AC или DC за оперативно напрежение на системите за защита и управление;
• зони с повишен пожарен риск;
• нормално изключени съоръжения, отговорни за безопасността: резервни дизелгенератори, противопожарни помпи и други.

Обаче при възникване на второ земно съединение на друга фаза се получава затворен контур през захранващия източник, при което протича голям ток на късо съединение. Тогава се налага автоматично изключване на повредения участък вж. фигура 2.
Ето защо от съществена важност при инсталации от система IT е своевременното откриване и отстраняване на първа повреда на изолацията. За тази цел са необходими: - устройства за постоянен контрол на изолацията, които са в състояние да регистрират първа повреда на изолацията;

• устройства и/или оперативни процедури за локализиране на повредата при работеща или при изключена инсталация;
• квалифициран обслужващ персонал на денонощно дежурство.
Практически, при наличие на тези три фактора, вероятността за възникване на втора повреда преди отстраняване на първата е достатъчно малка, така че нормално не се стига до неочаквано прекратяване на захранването на критичните консуматори. Изключването за ремонт на първата повреда се планира в подходящо време, след като са взети нужните мерки за избягване на риск за човешки живот, повреда на съоръжения и загуба на продукция вследствие на спирането.

За защита на съоръженията от свръхток и защита от опасни допирни напрежения в случай на второ земно съединение се предвиждат същите средства, както и в TN система – изключване от токова защита и дефектнотокови защити. И в този случай използването на дефектнотокови защити е силно препоръчително, тъй като те осигуряват много по-чувствителна защита, отколкото в случай на използване само на токови защити.

Устройства за постоянен контрол на изолацията в IT инсталации
Исторически първите системи за контрол на изолацията в системи с изолирана неутрала са прости пасивни схеми, регистриращи небаланс на напреженията във фазните проводници (фиг. 3a). При повреда на една от фазите напрежението към земя, измервано на тази фаза пада, а напрежението на здравите фази се покачва. Разновидност на тази схема е схемата, прилагана за постояннотокови уредби (фиг. 3б).

Използва се волтметър с нула в средата на скалата. Посоката на отклонение на стрелката указва полюса, на който е възникнала повредата. Схемата изисква средната точка на акумулаторната батерия да бъде заземена през високо съпротивление. Вместо волтметри могат да се използват лампи, като интензивността на светенето им е показател за напрежението, приложено към тях.

Тези схеми реагират само на асиметрични повреди. Поради това те не са системи за постоянен контрол на изолацията по смисъла на стандарт EN 61557-8 “Електрическа безопасност в разпределителни системи за ниско напрежение до 1 kV променливо напрежение и 1,5 kV постоянно напрежение.

Устройства за изпитване, измерване или наблюдение и контрол на мерките за защита. Част 8: Устройства за наблюдение и контрол на изолацията на IT системи”. Стандартът изисква устройствата да могат да реагират както на симетрични, така и на асиметрични повреди.

Продължава в следващия брой